機器人機構(gòu)學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

出版時間:2008-7  出版社:機械工業(yè)出版社  作者:于靖軍 等編著  頁數(shù):416  
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前言

旋量理論和李群李代數(shù)在現(xiàn)代物理學(xué)和剛體運動領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用,也成為機構(gòu)學(xué)和機器人學(xué)研究的有效分析工具,已被許多國內(nèi)外學(xué)者所接受和采用,但是相關(guān)的教材卻非常少,特別需要一本系統(tǒng)完善地介紹相關(guān)理論的專著,反映當(dāng)前的研究和應(yīng)用狀況。很多工科高校都設(shè)置了機器人或高等機構(gòu)學(xué)方面的課程,選擇教材和講授課程時,大都想增加有關(guān)微分流形和李群李代數(shù)方面的內(nèi)容,來增強課程的基礎(chǔ)性和系統(tǒng)性。《機器人機構(gòu)學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)》一書由4位中、青年學(xué)者合作撰寫而成。書中匯集了他們多年來在該領(lǐng)域的部分研究成果和有關(guān)機器人機構(gòu)學(xué)的最新研究進(jìn)展,從理論的高度系統(tǒng)地介紹了機器人機構(gòu)學(xué)的研究及應(yīng)用。該書內(nèi)容豐富、深入淺出、層次分明。同時該書應(yīng)用對象涵蓋面較廣,涉及到并聯(lián)機器人,柔性機構(gòu),變胞機構(gòu)等現(xiàn)代機構(gòu)研究領(lǐng)域。本書比較系統(tǒng)地介紹了旋量理論和李群李代數(shù)的基本知識,反映7李群李代數(shù)與機器人機構(gòu)學(xué)相結(jié)合的最新理論研究成果,介紹了一些典型應(yīng)用實例。該書將為機器人機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計提供較系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論和有效方法。我相信《機器人機構(gòu)學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)》的編寫和出版會對我國機構(gòu)學(xué)領(lǐng)域的教學(xué)科研人員、研究生和本科生有重要的參考價值,可以作為相關(guān)專業(yè)的研究生教材或高年級的本科教材,也可作為相關(guān)科研人員的參考書。相信該書將為初學(xué)者提供一條很好的入門途徑,受到廣泛的贊許。 前言 機構(gòu)學(xué)是一門十分古老的科學(xué),但隨著機器人學(xué)的興起,給傳統(tǒng)機構(gòu)學(xué)帶來了新的活力,機器人機構(gòu)學(xué)已逐漸演變成為機構(gòu)學(xué)領(lǐng)域的一個重要分支。特別是當(dāng)前,為了我國的科技進(jìn)步,為了大力發(fā)展自主創(chuàng)新,機器人機構(gòu)學(xué)正面臨著一個空前的機遇。經(jīng)驗表明,任何機械系統(tǒng)的創(chuàng)新都離不開機構(gòu)的創(chuàng)新。從目前國內(nèi)外對機構(gòu)學(xué)與機器入學(xué)的研究來看可以用方興未艾來形容,其行業(yè)范圍已不再局限于科研院所,更逐漸向行業(yè)(如制造業(yè))拓展,從業(yè)人員日益增加。從機構(gòu)學(xué)與機器人學(xué)的發(fā)展歷史上來看,機構(gòu)學(xué)與機器人學(xué)的發(fā)展與數(shù)學(xué)工具是息息相關(guān)的?,F(xiàn)代機構(gòu)學(xué)的誕生更是離不開數(shù)學(xué)的推動作用。與機構(gòu)學(xué)和機器人學(xué)聯(lián)系緊密的數(shù)學(xué)X-具中,人們比較熟悉線性代數(shù)與矩陣?yán)碚?,對旋量理論、李群李代?shù)等現(xiàn)代數(shù)學(xué)工具還知之甚少。而后者在機構(gòu)學(xué)與機器人學(xué)研究領(lǐng)域里近年來越來越受到重視,并得到了日益廣泛的應(yīng)用。以少自由度并聯(lián)機器人結(jié)構(gòu)綜合研究為例,通過旋量理論與李群理論的引入為曾經(jīng)作為機構(gòu)學(xué)難題的型綜合問題打開了一扇明亮的天窗。據(jù)不完全統(tǒng)計,從1990年到2005年15年間尤其是后5年問在國內(nèi)外機構(gòu)學(xué)與機器入學(xué)相關(guān)的重要核心期刊中發(fā)表的有關(guān)少自由度并聯(lián)機構(gòu)結(jié)構(gòu)綜合的學(xué)術(shù)論文不少于100篇。正所謂的“功欲善其事,必先利其器”。旋量理論和李群、李代數(shù)理論在現(xiàn)代物理學(xué)和剛體運動領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用,也日漸成為現(xiàn)代機構(gòu)學(xué)和機器人學(xué)研究的有效分析工具。雖然,這些現(xiàn)代數(shù)學(xué)工具已被大量的國內(nèi)外學(xué)者所接受和采用,但與此相關(guān)的教材卻非常少,特別是還沒有能夠比較系統(tǒng)完善介紹相關(guān)理論并反映當(dāng)前研究和應(yīng)用現(xiàn)狀的論著。另一方面,隨著科技的飛速發(fā)展,促進(jìn)了機器入學(xué)與機構(gòu)學(xué)研究領(lǐng)域的不斷拓新,對其理論支撐的要求也越來越高,如高速、重載、精微等·應(yīng)用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)工具解決這些問題有時變得十分困難甚至無能為力,而新的數(shù)學(xué)工具可以為之提供新方法、新思路、新途徑。本書定位為相關(guān)專業(yè)的研究生教材或高年級的本科教材;也可廣泛用于科研人員的參考書。它是在北京航空航天大學(xué)機械工程相關(guān)專業(yè)一年級碩士研究生的專業(yè)選修課(《機器人學(xué)的李群、李代數(shù)分析方法》)授課講義的基礎(chǔ)上編寫而成的。本書內(nèi)容在2004~~~~2007年間已在課堂上先后講授過4次,根據(jù)多方的反饋意見進(jìn)行了多次修正和改進(jìn)。在此,向那些對本書提出寶貴意見的師生們表示誠摯的感謝。本書將主要研究對象定位于機器人機構(gòu)學(xué),但整個教材體系又與現(xiàn)存空間(或高等)機構(gòu)學(xué)以及機器人機構(gòu)學(xué)方面的教材及專著有所不同。本書以建立一套較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螜C器人機構(gòu)學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的理論體系為基點和重點(為本書第2-8章),通過將李群、李代數(shù)與旋量及旋量系理論的有機結(jié)合,達(dá)到體系貫通之目的。在此基礎(chǔ)上,再依據(jù)機構(gòu)學(xué)的理論體系即結(jié)構(gòu)學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)來構(gòu)建現(xiàn)代數(shù)學(xué)工具在機器人機構(gòu)學(xué)中的應(yīng)用環(huán)節(jié)(第9-14章),應(yīng)用對象涵蓋面較廣,既照顧到了人們早已熟悉的工業(yè)機器人(串聯(lián)機器人),也有方興未芰的并聯(lián)機器人,還涉及了柔性機構(gòu)、變胞機構(gòu)等若干新型機構(gòu)研究領(lǐng)域。本書比較系統(tǒng)地介紹了旋量理論和李群的基本知識,反映了最新的理論研究成果,并介紹了當(dāng)前的一些典型應(yīng)用實例。內(nèi)容盡量做到深入淺出、生動新穎。但由于受到自身的學(xué)術(shù)水平所限,對理論基礎(chǔ)部分的闡述還缺乏深度和廣度,尤其缺少一般數(shù)學(xué)教材中嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难堇[及證明。另外,受到教材的篇幅限制,我們在應(yīng)用篇中只選用了機器人機構(gòu)學(xué)領(lǐng)域若干經(jīng)典內(nèi)容,而如機構(gòu)的尺度綜合及優(yōu)化設(shè)計、精度與誤差分析、運動學(xué)標(biāo)定、以及運動學(xué)規(guī)劃等問題沒有在本書中涉及。現(xiàn)代機構(gòu)學(xué)的研究已呈現(xiàn)出交融的態(tài)勢:如平面機構(gòu)與空間機構(gòu)的交融(例如并聯(lián)機構(gòu)的性能研究可從以平面機構(gòu)為支鏈的研究入手)、剛性機構(gòu)與柔性機構(gòu)的交融(偽剛體模型)、結(jié)構(gòu)綜合與尺度綜合的交融(如分布柔度桑性機構(gòu)的拓?fù)湓O(shè)計問題)、理論研究與結(jié)構(gòu)設(shè)計的融合(如柔性機構(gòu)、并聯(lián)運動機PKM等)、功能集成與功能分解的融合(廣義機構(gòu)、可重構(gòu)機構(gòu)等)等?,F(xiàn)代數(shù)學(xué)工具必將在現(xiàn)代機構(gòu)學(xué)的研究中發(fā)揮越來越重要的角色,因此本書通過對旋量理論和李群進(jìn)行系統(tǒng)化介紹并予以貫通,對機器入學(xué)和現(xiàn)代機構(gòu)學(xué)的研究和發(fā)展具有重要的參考價值和指導(dǎo)意義。本書有關(guān)內(nèi)容的研究,得到了很多同仁的大力支持,在此表示衷心的感謝。本書第2-8章理論基礎(chǔ)篇的大量內(nèi)容參考7Ball教授(英國),Selig教授(英國)、Herve教授(法國)、Murray教授(美國)和李澤湘教授(香港)、Hunt教授(澳大利亞)、Lipkin教授(美國)、黃真教授和趙鐵石教授(燕山大學(xué))、方躍法教授(北京交通大學(xué))等的著作或研究工作。第9-14章應(yīng)用篇的內(nèi)容則參考了Tsai教授(美國)、Gao博士和I—MChen教授(新加謦’、Murray教授、黃真教授和趙鐵石教授、方躍法教授等的著作或研究工作。同時,本書中也涵蓋了4位作者近年來在該領(lǐng)域的部分研究工作。這些研究成果主要體現(xiàn)在旋量系與反旋量系理論的豐富完善(如計算方法等)、并聯(lián)機器人的自由度分析及型綜合、機器人新的運動性能指標(biāo)研究、柔性機構(gòu)的靜剛度分析等方面。

內(nèi)容概要

本書以近年來的研究成果為主干,講述李群李代數(shù)、旋量理論為代表的現(xiàn)代數(shù)學(xué)工具在機構(gòu)學(xué)及機器人學(xué)中的應(yīng)用。全書分為兩個部分:第一部分為理論基礎(chǔ)篇,第二部分為應(yīng)用篇,其中多數(shù)有習(xí)題。    第1章為緒論。第2章回顧一些數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識與概念,如線性變換、矩陣?yán)碚?、射影幾何、線幾何以及微分流形等。從第3章到第8章是本書的基礎(chǔ)理論部分,主要是李群、李代數(shù)及旋量、旋量系理論及其在機構(gòu)學(xué)中的簡單應(yīng)用。從第9章到第14章是本書的應(yīng)用部分,包括復(fù)雜機構(gòu)及機器人的自由度分析、構(gòu)型綜合、運動學(xué)分析、運動性能分析、靜力學(xué)與剛度問題、動力學(xué)問題等。    本書所選機構(gòu)與機器人種類豐富,不僅涵蓋了傳統(tǒng)串聯(lián)式機器人、并聯(lián)式機器人,而且還包括了當(dāng)前機構(gòu)學(xué)領(lǐng)域一些較為熱門的機構(gòu)(如柔性機構(gòu)、大擺角并聯(lián)機構(gòu)等)。作為本書的一項補充,在附錄中主要向讀者介紹一下有關(guān)幾何代數(shù)及其在機器人中的應(yīng)用方面的內(nèi)容,這是一個全新的研究領(lǐng)域。    本書可作為研究生教材或高年級本科教材,也可作為相關(guān)科研人員與工程技術(shù)人員參考用書。

書籍目錄

序前言符號表第1章  緒論  1.1 機構(gòu)學(xué)與機器人學(xué)的發(fā)展歷史概述  1.2 機構(gòu)學(xué)及機器人學(xué)基礎(chǔ)    1.2.1  機構(gòu)與機器人的基本組成元素:構(gòu)件與運動副    1.2.2 運動鏈、機構(gòu)與機器人    1.2.3  自由度、活動度與約束    1.2.4 機器人機構(gòu)的分類  1.3 機器人機構(gòu)學(xué)的主要研究內(nèi)容    1.3.1  機構(gòu)與機器人的結(jié)構(gòu)分析與綜合    1.3.2 機構(gòu)與機器人的運動學(xué)性能評價指標(biāo)    1.3.3 機構(gòu)與機器人動力學(xué)    1.3.4 機構(gòu)與機器人的設(shè)計理論 1.4 機構(gòu)學(xué)與機器人學(xué)研究的數(shù)學(xué)方法   1.4.1 李群、李代數(shù)   1.4.2 旋量理論   1.4.3 現(xiàn)代數(shù)學(xué)工具在機構(gòu)學(xué)與機器人學(xué)中的應(yīng)用舉例  1.5 本書概述及使用建議    1.5.1 本書概述    1.5.2 文獻(xiàn)使用與說明第2章 預(yù)備知識  2.1 線性空間  2.2 歐氏幾何  2.3 射影幾何與齊次坐標(biāo)    2.3.1 射影直線、射影平面與射影空間    2.3.2 點線面的齊次表示與Plucker坐標(biāo)  2.4 線幾何    2.4.1 線矢量的定義與Plucker坐標(biāo)    2.4.2 線矢量的運算    2.4.3 Klein映射 2.5 微分流形 習(xí)題第3章 李群與李子群  3.1 群與李群的定義  3.2 幾種典型的李群  3.3 李群的映射  3.4 李群的作用  3.5 李子群的運算  3.6 SE(3)及其子群  3.7 位移子群的正則表示與共軛表示 3.8 位移子流形 3.9 參考文獻(xiàn)說明 習(xí)題第4章 李代數(shù) 4.1 李代數(shù)的定義 4.2 幾種特殊的李代數(shù) 4.3 指數(shù)映射 4.4  SE(3)伴隨表達(dá)的指數(shù)映射 4.5參考文獻(xiàn)說明 習(xí)題第5章 李群與剛體運動  5.1  剛體運動與剛體變換 ……第6章 旋量與剛體運動第7章 旋量與反旋量系第8章 運動旋量系與約束旋量系第9章 復(fù)雜機構(gòu)的自由度分析第10章 并聯(lián)機構(gòu)的構(gòu)型綜合第11章 串聯(lián)機器人運動學(xué)第12章 機器人機構(gòu)的運動性能分析第13章 機器人的靜力學(xué)及靜剛度分析第14章 機器人動力學(xué)基礎(chǔ)附錄:幾何代數(shù)與剛體運動名詞索引參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖:第1章 緒論人類賴以生存的大千世界如此多姿多彩,不僅是因為大自然創(chuàng)造了千姿百態(tài)的生靈,而且是由于這些生靈中最具有智慧的人類創(chuàng)造了如此多的機械。從外星來觀察地球,地球上存在著兩種“機械”,即“自然機械”和“人造機械”。那么,這兩種“機械”是以什么原理構(gòu)造而成的?它們有什么樣的功能和特性?人們應(yīng)如何根據(jù)性能來設(shè)計各種機械?這些都是機構(gòu)學(xué)領(lǐng)域長期研究的基礎(chǔ)問題。機器人機構(gòu)學(xué)研究的任務(wù)是揭示自然和人造機械的機構(gòu)組成原理,創(chuàng)造新機構(gòu),研究基于特定性能的機構(gòu)分析與設(shè)計理論,為現(xiàn)代機械與機器人的設(shè)計、創(chuàng)新和發(fā)明提供系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論和有效實用的方法。機構(gòu)學(xué)與機器人學(xué)的發(fā)展均離不開數(shù)學(xué)的推動作用,先進(jìn)的數(shù)學(xué)工具更是給現(xiàn)代機構(gòu)學(xué)與先進(jìn)機器人技術(shù)的發(fā)展注入了強大的動力。1.1 機構(gòu)學(xué)與機器人學(xué)的發(fā)展歷史概述機構(gòu)學(xué)在廣義上又稱機構(gòu)與機器科學(xué)(Mechanism and Machine Science),是機械設(shè)計及理論二級學(xué)科的重要研究分支,在機械工程一級學(xué)科中占有基礎(chǔ)研究地位;同時機構(gòu)學(xué)又是一門古老的學(xué)科,距今已有數(shù)千年的歷史。機構(gòu)從一出現(xiàn)就一直伴隨甚至推動著人類社會和人類文明的發(fā)展,它的研究和應(yīng)用更是有著悠久的沿革。從歷史的發(fā)展來看,主要經(jīng)歷了三個階段:第一階段(從古世紀(jì)—18世紀(jì)中葉):機構(gòu)的啟蒙與發(fā)展時期。標(biāo)志性的成果有:古希臘大哲學(xué)家亞里士多德(Aristotle)的著作《Problems of Machines》是現(xiàn)存最早的研究機械力學(xué)原理的文獻(xiàn)。阿基米德(Archimedes)用古典幾何學(xué)方法提出了嚴(yán)格的杠桿原理和旋量的運動學(xué)理論,建立了針對簡單機械研究的理論體系。古埃及的海倫(Heron)提出了組成機械的5個基本元件:輪與輪軸、杠桿、絞盤、楔子和螺桿。中國古代的墨翟在機構(gòu)方面也做出了很多驚人的成就:他制造的舟、車、飛鳶以及根據(jù)力學(xué)原理為古代車子所創(chuàng)造的“車轄”(即今之車閘)和為“備城門”所研制的“塹懸梁”都體現(xiàn)了機構(gòu)的設(shè)計原理。意大利著名繪畫大師達(dá)芬奇(Da Vinci)的作品《Codex Madrid》和《The Atlantic Codex》中,列出了用于機器制造的22種基本部件。

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評論、評分、閱讀與下載


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用戶評論 (總計36條)

 
 

  •   介紹了機器人機構(gòu)學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),對李群、李代數(shù)以及旋量與反旋量都進(jìn)行了介紹,是學(xué)好機構(gòu)學(xué)必備的一本書
  •   專業(yè)學(xué)機器人的參一下,很有參考價值。尤其是學(xué)機構(gòu)學(xué)的。不是專業(yè)人士就不用看了。
  •   關(guān)于旋量法進(jìn)行機器人求解,此書作為數(shù)學(xué)基礎(chǔ),相當(dāng)不錯。
  •   對于機器人所用的數(shù)學(xué)基本知識做了歸納.
  •   內(nèi)容有點深,數(shù)學(xué)功底要很強
  •   比較好的一本書 在機械方面很實用
  •   讓我們了解其內(nèi)容,但是很不適合于沒有基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)
  •   文章內(nèi)容稍難 仔細(xì)推究能看的懂 很不錯的一本書
  •   需要較強的專業(yè)知識才能看懂哦
  •   非常好,適合入門學(xué)習(xí)。書是正版,打折之后價格比較便宜,很不錯。
  •   比 老外寫的那本要好
  •   bucuo,shizhengban
  •   研究機器人理論的較合適的理論基礎(chǔ)書,但群理論講解的不太系統(tǒng),需要先學(xué)好《矩陣分析》、《近世代數(shù)》、《群論》,后面的螺旋理論應(yīng)先學(xué)好黃真的《高等空間機構(gòu)學(xué)》??傊瑳]有相關(guān)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),光看該書是不行的。
  •   這邊書主要介紹機器人機構(gòu)的數(shù)學(xué)知識,數(shù)學(xué)基礎(chǔ)好的話,看起來還是比較順利
  •   真的是數(shù)學(xué)基礎(chǔ)啊
    機構(gòu)學(xué)里要用到的數(shù)學(xué)理論基本都介紹了
    很好,很強大
  •   就是不錯的一本書,但是最好能模范國外的一些書 就是加上一些參考文獻(xiàn)的利用。當(dāng)當(dāng)給我送這本書的時候晚點了 后來道歉了 但是怎么書的質(zhì)量不如圖書館
  •   做畢業(yè)設(shè)計,看了不少,言簡意賅,用比較恰當(dāng)?shù)膬?nèi)容介紹了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論,對于數(shù)學(xué)理論不是很好的,可以短時間內(nèi)看懂。但是發(fā)現(xiàn)其中有細(xì)小的錯誤,而且有些內(nèi)容論證的不是很正確。但是在國內(nèi)像這樣一本書籍還是比較少的。
  •   適合研究者去讀,基礎(chǔ)理論多,比較深奧
  •   這本書是中青年學(xué)者所編 ,畢竟功底有限 ,有大量引用參考文獻(xiàn)的嫌疑。幾位作者估計自己明白,但是講不清楚 書中內(nèi)容太雜,沒有主次之分。 作為文獻(xiàn)綜述還行。
  •   雙11那天在天貓當(dāng)當(dāng)旗艦店價格是24塊多,但是沒有到秦皇島的貨,來當(dāng)當(dāng)網(wǎng)買就有貨了,但是貴5塊錢,5塊錢無所謂,為啥不在兩個網(wǎng)站上弄價格都一樣的呢?makeshoow也沒啥意思。書拿到之后書角有折痕??爝f弄了很多書放在車上讓我們自己找,找了好久才找到。我說的都是事實。
  •   看完全書,發(fā)現(xiàn)些許錯誤,想知道多點的地方一筆帶過,這本書當(dāng)科普讀吧,買了有點后悔!
  •   灰常專業(yè)深奧
  •   書挺好,就是貴了點!
  •   沒有發(fā)票,書破了
  •   有了機器人手冊,這個可以淘汰了
  •   很適合機器人研究方面的從業(yè)人員,前面的復(fù)習(xí)比較簡單,后面關(guān)于旋量和李群的內(nèi)容很適合進(jìn)階。
  •   基本符合描述,無缺頁現(xiàn)象,但有些頁面裁剪不齊
  •   這本書很不錯 很適合用來當(dāng)教程
  •   這本書很好,講的很基礎(chǔ),和黃真先生的機構(gòu)學(xué)一起學(xué)習(xí),效果很好
  •   有很多的數(shù)學(xué)公式,應(yīng)該還行,還沒有很多時間看,慢慢學(xué)吧。
  •   對學(xué)習(xí)還是挺有幫助的,
  •   涉及到各個方面,非常詳盡
  •   書的內(nèi)容可以,但是書的后面幾十頁有明顯的折痕,不太好!畢竟打折了
  •   早知道賣家提供的產(chǎn)品質(zhì)量這么差還不如自己去拿著電子版打印去,價格還會更便宜!唉,這印刷質(zhì)量,我沒話說的啊?。。。。?/li>
  •   現(xiàn)代機構(gòu)學(xué)參考用書,引入了國際上研究很熱的數(shù)學(xué)理論,值得那些在機構(gòu)理論攻讀學(xué)位的碩博士,高級機構(gòu)設(shè)計者研讀。本人拜讀好幾遍了,遍遍有收獲,期望大家也如此。
  •   屬于高格調(diào)的書,適用于專門從事機器人或機構(gòu)學(xué)的博士級研究人員閱讀。書寫得很好。
 

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